第七章 液压系统实例分析
第一讲
1、授课日期、班级
2、课题 8 典型液压系统
3、教学目的要求
掌握各液压元件在系统中的作用和各种基本回路的组成，并掌握分析液压系统的方法和步骤。
4、教学内容要点
典型回路的工作原理
5、重点、难点
典型回路的工作原理及应用
6、教学方法和手段
课堂教学为主，充分利用网络课程中的多媒体素材来表示系统原理。
7．主要参考书目和资料
8、课堂教学
8.1 复习提问
回想前面所讲的基本回路的工作原理及结构特点，特别是它们组合起来的运用。
8.2 讲授新课
8-1电弧炼钢炉液压传动系统
电弧炼钢炉的结构形式很多，这里以20吨电弧炼钢炉为例对其液压传动系统进行分析。
20吨电弧炼钢炉本身由炉体和炉盖构成。炉体前有炉门，后有出钢槽，以废钢为主要原料。装炉料时，必须将炉盖移走。炉料从炉身上方装入炉内，然后盖上炉盖，插入电极就可开始熔炼。在熔炼过程中，铁合金等原料从炉门加入。出渣时，将炉体向炉门方向倾斜约120 ，使炉渣从炉门溢出，流到炉体下的渣罐中。当炉内的钢水成份和温度合格后，就可打开出钢口，将炉体向出钢口方向倾斜约45o ，使钢水自出钢槽流入钢水包。为满足工艺要求，电弧炼钢炉的液压传动机构由电极升降、炉门升降、炉体旋转、炉盖顶起、炉盖旋转及倾炉等六部分组成。
图所示为电炉液压传动系统原理图。它属于多缸工作回路，现分析如下：系统采用乳化液作为工作介质，价格低廉，不易发生火灾。两台液压泵2，一台工作，另一台备用，并用蓄能器6来辅助供油，主油路压力取决于电磁溢流阀4。二位四通电液阀5（作为二位二通用）为常开式，如果系统出现事故，例如高压软管破裂等，系统压力突然下降，则换向阀5立即关闭，防止工作介质大量流失。控制油路所用工作介质为矿物油。
(1)、换向回路
炉盖提升缸27，炉盖旋转缸25，炉体回转缸29及炉门提升缸23均采用三位四通“O”型中位机能的电磁换向阀的换向操作回路，没有其他特别要求，也不同时操作。
(2)、炉体同步倾动回路
炉体倾动缸21有两个，要求同步操作。由于炉体倾斜缸均固定在炉体上，炉体重量很大，实际上是刚性同步，故采用换向阀19和两个节流阀20即可。在安装后，对两个节流阀20作适当调节，使流量基本相同即可。
(3)、电极升降位置伺服控制与减压回路
电极升降缸17共有三个，各自有相同的独立回路，均使用电液伺服阀16进行操作。一般是从电极电流取出信号（感应电压）与给定值进行比较，其差值使电液伺服阀动作。当电极电流大于给定值时，电液伺服阀使电极升降缸进油，电极提升；反之则排油，使电极下降。当电极升降缸下降排油时，要求动作稳定，故在电液伺服阀的回油上设有背压阀18，使回油具有一定的背压，油缸下降稳定。伺服阀的控制回路所用的油由专门的控制油泵10来提供。减压阀15用于调节和稳定伺服阀的进口压力。
(4)、电液伺服阀的控制油路
电液伺服阀控制油路所用油泵10为叶片泵，经过吸油出滤油器9和两级排油精滤油器11以及单向阀12将低压油送到电液伺服阀的控制级。控制油压由溢流阀13调定。
20t电弧炼钢炉结构
1-电极升降装置；2-炉盖旋转机构；3-炉盖顶起装置；4-倾炉装置；5-炉体旋转机构；6-炉门升降机构；7-炉盖；8-炉体
20吨电弧炼钢炉液压传动系统原理图
1、9-吸油滤油器； 2-主液压泵； 3、11-压油滤油器； 4-电磁溢流阀； 5-二位四通电液阀； 6-蓄能器； 7-气泵； 8-电接点压力表； 10-控制液压泵； 12-单向阀； 13-溢流阀； 14-回油滤油器； 15-减压阀； 16-电液伺服阀； 17-电极升降缸； 18-背压阀； 19、22、24、26、28-电磁换向阀； 20-节流阀； 21-炉体倾动缸； 23-炉门提升缸； 25-炉盖旋转缸； 27-炉盖提升缸； 29-炉提回转缸
8-2 XS-ZY-250A型塑料注射成型机液压系统
一、概述
塑料注射成型机简称注塑机。它能将颗粒状的塑料加热熔化成流动状态，以快速高压注入模腔，并保压一定时间，经冷却后成型为塑料制品。XS-ZY-250A型注塑机属中小型注塑机，每次最大注射容量为250cm3。该机要求液压系统完成的主要动作有：合模和开模、注射座整体前移和后退、注射、保压以及顶出等。根据塑料注射成型工艺，注塑机的工作循环如图所示。
它对液压系统的要求是：
(1)、足够的合模力：熔融塑料通常以4-15Mh的高压注入模腔，因此模具必须具有足够的合模力，否则会使模具离缝而产生塑料制品的溢边现象。
(2)、开模和合模速度可调节：由于既要考虑缩短空行程时间以提高生产率，又要考虑合模过程中的缓冲要求以防止损坏模具和制品，还要避免机器产生振动和撞击，所以合模机构在开模、合模过程中需要有多种速度。
(3)、注射座整体前移和后退：为了适应各种塑料的加工需要，注射座移动液压缸应有足够的推力，以保证注射时喷嘴与模具浇口紧密接触。
(4)、注射压力和注射速度可调节：根据塑料的品种、制品的几何形状及模具浇注系统的不同，注射成型过程中要求注射压力和注射速度可调节。
(5)、保压：注射动作完成后，需要保压。一则，为使塑料紧贴模腔而获得精确的形状；再则，在制品冷却凝固而收缩的过程中，熔融塑料可不断补充进入模腔，防止因充料不足而出现残品。保压压力也要求可调。
(6)、速度平稳：顶出制品时速度平稳。
以上各个动作分别由合模液压缸、注射座移动液压缸、注射液压缸和顶出液压缸来完成。
二、XS-ZY-250A型注塑机液压系统工作原理
图所示为XS-ZY-250A型注塑机液压系统图。
该注塑机采用了液压—机械式合模机构。合模液压缸通过对称五连杆机构推动模板进行开模和合模。连杆机构具有增力和自锁作用，依靠连杆弹性变形所产生的预紧力来保证所需的合模力。系统通过比例阀对多级压力(指开合模、注射座前移、注射、顶出、螺杆后退时的压力)和速度(指开合模、注射时的速度)的控制，油路简单，使用的阀少、效率高，压力及速度变换时冲击小，噪声低，能实现远程控制或程控，也为实现计算机控制创造了条件。现将液压系统的工作原理说明如下。
1、合模
(1)、快速合模：电磁铁7YA通电，5YA断电，泵1压力由电液比例压力阀E2调整，其压力油经换向阀7左位、单向阀5到电液比例调速阀E3，泵2、泵3压力由比例压力阀E，调整，其压力油经单向阀4也到调速阀E3与泵1压力油汇合，经换向阀6的左位至合模缸15左腔，推动活塞及连杆实现快速合模。
(2)、低压合模：电磁铁7YA通电，El压力为零使泵2、泵3卸荷，E2使泵1的压力降低。形成低压合模，这时合模缸的推力较小，即使在两个模板间有硬质异物，继续进行合模动作也不致损坏模具表面。
(3)、高压合模：电磁铁7YA通电，泵2、泵3卸荷，E2使泵1压力升高，用来进行高压合模。高压油使模具闭合并使连杆产生弹性变形，牢固地锁紧模具。
2、注射座前进
电磁铁7YA断电，3YA通电，泵2、泵3卸荷，泵1的压力油经换向阀8右位进入注射座移动液压缸12右腔，推动注射座整体向前移动，使喷嘴和模具贴紧，缸左腔的油经阀8回油箱。
3、注射
3YA断电，1YA通电，3个泵的压力油均经换向阀9右位，以及单向阀进入注射缸13右腔，注射缸的活塞带动注射头螺杆／进行注射。注射速度可由E3调节。注射螺杆以一定的压力和速度将机筒前端的熔料注入模腔o
4、保压
此时1YA继续通电，由于保压时只需要极少量的油液，所以泵2、泵3卸荷，仅由泵1单独供油，压力由E2调节，并将多余油液溢回油箱。使注射缸对模腔内熔料保压并进行补塑。
5、预塑
1YA断电，3YA通电，电动机M通过齿轮减速机构使螺杆旋转，料斗e中的塑料颗粒进入料筒，被转动着的螺杆带至前端，进行加热塑化。同时螺杆向后退，注射缸右腔的油液在螺杆反推力作用下，经背压阀16，换向阀9的中位后，一部分进注射缸左腔，一部分回油箱。当螺杆后退到预定位置时便停止转动，准备下次注射。与此同时，在模腔内的制品处于冷却成形的过程中。
6、注射座后退
电磁铁3YA断电，4YA通电，泵2、泵3卸荷，泵1的压力油经阀7、5、E：、阀8的左位使注射座移动缸12后退。
7、开模
(1)慢速开模：4YA断电，6YA通电，泵2、泵3卸荷、泵1压力油经阀7、5、E，、阀6右位使合模缸15慢速后退o
(2)快速开模：6YA通电，泵1、2、3的压力油同时经阀E3、阀6右位使合模缸15快速后退。
8、顶出
(1)顶出缸14前进：6YA断电，5YA通电，泵2、3卸荷、泵1的压力油经阀7右位，单向调速阀10进入顶出缸14左腔，推动顶出杆顶出制品，其速度由阀10调节。
(2)顶出缸后退：5YA断电，泵1压力油经阀7进入顶出缸14右腔，左腔回油经阀10中单向阀、阀7回油箱。
9、螺杆后退
为了拆卸和清洗螺杆，有时需要螺杆后退。2YA通电，1YA断电即可完成。
三、XS-ZY-250A型注塑机液压系统特点
(1)注塑机液压系统中执行元件数量较多，是一种速度和压力变化较多的系统。本系统利
用电液比例阀进行控制，使系统简单，元件数量大大减少。
(2)自动工作循环主要靠行程开关来实现。
(3)在系统保压阶段，多余的油液要经过溢流阀流回油箱，所以有部分能量损耗。
如果把图的定压溢流的节流调速系统用变压容积调速系统来代替，亦即如果用电液比例压力调节泵代替比例溢流阀来对系统实行压力控制，用电液比例流量调节泵代替流量阀来对系统实现速度控制，则可以避免不必要的溢流损失和节流损失，系统的输出便与负载功率和压力完全匹配，这样就变成一个节能型的高效系统了。
图中前置式节流器2、先导式压力阀1与恒压阀6构成泵5的压力控制回路。比例节流阀4和恒流量阀3构成泵5的流量控制回路。图中所示3、6两阀的位置是系统还未设定压力时的位置。如负载变化，使阀4压差偏大或偏小，则推动阀3左移或右移，使泵的排量减少或增大，最终使流量保持恒定。这时泵的输出压力仅比负载压力高出一个阀4的压差。在保压阶段，当系统压力达到阀1设定的最高压力时，阀6左移使泵排量迅速减小到接近于零，变成高压小流量的工况了。
总之，这个系统在流量控制阶段使泵的输出压力与负载相协调；在压力控制阶段使输出流量接近于零，仅消耗极小的功率。所以它的效率极高。
8.3 课堂小结
通过对典型液压系统的分析，应掌握对液压系统进行分析的步骤和方法，并确定系统所具有的特点，特别要注意基本回路在一个复杂液压系统中的作用等。
8.4 布置作业或思考题
自己独立地分析一个完整的液压系统。
对于其他一些典型的回路，感兴趣的读者可以根据相关文献查阅。
8.5 课后分析
分析液压系统时要注意分解局部基本回路，再组合起来实现动作的联动
